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串级控制锅炉水位系统 串级控制锅炉水位系统 1、前 言 在火力发电厂，最基本的工艺过程是用锅炉生产蒸汽，使汽轮运转，进而带动发电机 发电。锅炉控制是火力发电生产过程自动化的重要组成部分，它的主要任务是根据负荷设 备（汽轮机）的需要，供应一定规格（压力、流量、温度和纯度）的蒸汽。 锅炉是生产蒸汽的主要设备，是工业生产中几乎不可缺少的设备，应用十分广泛。保 证锅炉内的水位在一定范围内波动对系统的安全运行是非常重要的。如果水位过低，锅炉 可能被烧干，引起设备的损坏，甚至爆炸；如果水位过高，会导致生产的蒸汽含水量大， 而且水还可能溢出，从而使生产过程中断，造成经济损失。因此对水位进行控制是保证锅 炉正常运行所必不可少的。当锅炉的给水量与蒸汽的蒸发量保持平衡时，锅炉的水位保持 不变，此时，锅炉工作状态良好。如果锅炉的给水量和蒸汽量不平衡，水位就会发生波动。 因此，我们必须根据水位的变化，调整给水量，使它跟随蒸汽的负荷的大小而增减，以达 到保持水位在规定的范围内的目的。 水位的变化量 由液位传感器检测，并由液位变送器转换为统一的标准信号后送到调 h 节器（即控制器），与水位的设定值进行比较和运算以后由调节器发出控制指令，执行器 （电动或气动执行机构）改变调节阀阀门的开度，调节给水流量，以保持给水量与蒸发量 之间的平衡，这就是锅炉水位自动控制过程。 1 串级控制锅炉水位系统 2、系统的概述及其动态特性 2.1 系统概述 电厂锅炉是一个复杂的被控过程，它的被控参数和控制参数众多，不易很好的对其进 行控制。通常的设计思想是，在可能的情况下，将其划分为几个相互独立的控制区域。这 里，我们将与研究对象关联较小的通道将其忽略，对锅炉汽包水位控制进行讨论。 串级控制系统是改善和提高锅炉汽包水位控制的一种极为有效的控制法案，串级控制 系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量,因此在工业生产自动化控制中 得到了广泛的应用。其适用范围是：被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控制 系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统；对象容量滞后比较大，用单回路控制系 统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。方框图如下所示： 二次扰动 一次扰 设 动 主调节器 副调节器 调节阀 副对象 主对象 定 副变送 器 副参数 主变送 主参数 器 图3-1 串级控制系统的一般结构框图 由此可见，实现锅炉水位控制需要以下设备：检测水位变化的传感器与变送器、比较 水位变化并进行控制运算的调节器、实施控制命令、改变给水量的调节阀等。 2.2 锅炉汽包的动态特性 汽包水位不但是锅炉安全运行的重要参数，同时，它还是衡量锅炉汽水系统物质是否 平衡的标志。为了弄清楚系统的组成及工作原理，我们从分析水位的动态特性入手。锅炉 给水调节对象如图所示。给水调节机构控制给水量W，汽轮机的耗气量D 是由汽轮机的调 节阀门来控制的。水冷壁与汽包存水部分构成了水循环系统。 汽包水位的动态特性似乎与单容水槽一样，但是实际情况要比单容对象复杂得多。因 为在水循环系统中充满了夹带着大量蒸汽泡的水，而蒸汽泡的总体积 Vs 是随着汽包压力 和炉膛热负荷的变化而改变的，如果有某种原因使蒸气泡的总体积改变了，即使水循环系 统的总水量没有变化，汽包水位也会随